3.1 铁的多样性 动画 -2026-2027学年高一上学期化学人教版必修第一册

null铁的多样性 · 交互动画 —— 完整流程 ================================================================== 文件：06_铁的多样性（交互动画）.html 适用：高中化学 必修第一册「铁的多样性」 （鲁科版必修1 第3章第1节「铁的多样性」； 对应人教版必修第一册 第三章「铁 金属材料」第一节 铁及其化合物； 苏教版必修1 专题3 第一单元 铁及其化合物） 技术：单文件 HTML5 + Canvas + requestAnimationFrame，暗色实验室风格， 鼠标拖拽 / 触屏（pointer 事件）兼容，无任何外部依赖、无联网。 主线：0 价的铁 —— +2 价的亚铁 —— +3 价的铁， "一种元素、三种价态、多样物质"，核心是 Fe²⁺ 与 Fe³⁺ 的相互转化与检验。 ================================================================== 零、总体结构 ================================================================== 页面顶部：标题、导语、核心颜色图例 （Fe·银灰｜Fe²⁺·浅绿｜Fe³⁺·棕黄｜Fe(OH)₃·红褐｜血红 SCN 配合物｜危险·红）。 页面主体：七个实验模块，顶部标签页（Tab）切换，各模块状态独立、互不干扰： 模块 1「铁的价类二维图」 —— 拖拽 12 张物质卡片建立"价—类"坐标，点击箭头播放转化 模块 2「铁单质的性质」 —— 拖拽铁丝/铁粉做四大反应：O₂燃烧、水蒸气、酸、盐溶液 模块 3「Fe²⁺ ⇌ Fe³⁺ 转化」 —— 拖拽试剂瓶向烧杯滴加，溶液颜色实时连续变化 模块 4「铁离子的检验」 —— 三试剂检验 + 检验顺序陷阱（"先氯水后 KSCN"经典错误） 模块 5「Fe(OH)₂ 的制备」 —— 四个隔氧变量 + 拖拽胶头滴管，白色→灰绿→红褐全过程 模块 6「氧化物·胶体·应用」 —— 三种氧化物对比、Fe(OH)₃ 胶体制备、锈蚀与净水、补铁剂 模块 7「共存·流程·闯关」 —— 离子共存判断 + 除杂流程拖拽排序 + 14 题综合自测 页面底部：实时状态面板、提示横幅（info / ok / warn / error 四级）、知识卡片区。 全局机制： · 右上角"实验室安全分 100"，每次误操作扣分并记入错误档案（可"错误回放"）； · 累计 3 次严重误操作 → 弹出红框强制警示弹窗，需点击"我已知晓"确认； · 安全分 < 60 → 页面顶部常驻红色安全提醒条； · 提示四级：蓝 info（说明）/ 绿 ok（成功）/ 黄 warn（不规范）/ 红 error（危险或失败）； · 严重危险额外触发：画面抖动 + 全屏红闪 + 强制弹窗（如炸裂集气瓶、氢气未验纯点燃）； · 底部"知识卡片区"共 16 张，操作触发对应卡片高亮，实现"做一步、记一点"。 ================================================================== 一、模块 1：铁的"价—类"二维图（核心思维模型） ================================================================== 1.1 场景构成（Canvas 940×560） ① 坐标系：横轴为物质类别（单质 / 氧化物 / 氢氧化物 / 盐）， 纵轴为铁元素化合价（0 / +2 / +3 / +2,+3 混合价），构成网格。 ② 网格下方"卡片托盘"，内含 12 张可拖拽的物质卡片： Fe ｜ FeO ｜ Fe₂O₃ ｜ Fe₃O₄ ｜ Fe(OH)₂ ｜ Fe(OH)₃ FeCl₂ ｜ FeCl₃ ｜ FeSO₄ ｜ Fe₂(SO₄)₃ ｜ FeS ｜ K₃[Fe(CN)₆]（拓展卡） ③ 每张卡片 pointerdown 抓取、移动跟随、松手判定（真实拖拽，带阴影与倾斜）。 1.2 正确交互 · 拖到正确格子 → 吸附归位、金色高亮、播放"✔"打勾动画，托盘减少一张。 · 拖到错误格子 → 卡片抖动弹回托盘，红色提示写明原因。例如： "Fe₃O₄ 是混合价氧化物，可看作 FeO·Fe₂O₃，铁显 +2 和 +3 两种价态， 应放到『混合价 × 氧化物』格。" · 12 张全部归位 → 网格上自动"生长"出 10 条转化箭头（描边动画），进入转化演示阶段。 1.3 转化箭头（点击任一箭头播放该反应 + 微动画） 纵向（价态改变 = 氧化还原）： 0 → +2（弱氧化剂）：Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑ Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu Fe + S —Δ→ FeS（硫氧化性弱，只能到 +2） 0 → +3（强氧化剂）：2Fe + 3Cl₂ —点燃→ 2FeCl₃ Fe + 4HNO₃(稀,过量) = Fe(NO₃)₃ + NO↑ + 2H₂O 0 → +2,+3 ：3Fe + 2O₂ —点燃→ Fe₃O₄ 3Fe + 4H₂O(g) —高温→ Fe₃O₄ + 4H₂ +2 → +3（被氧化）：2Fe²⁺ + Cl₂ = 2Fe³⁺ + 2Cl⁻ 2Fe²⁺ + H₂O₂ + 2H⁺ = 2Fe³⁺ + 2H₂O 5Fe²⁺ + MnO₄⁻ + 8H⁺ = 5Fe³⁺ + Mn²⁺ + 4H₂O 4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃ +3 → +2（被还原）：2Fe³⁺ + Fe = 3Fe²⁺（"铁三角"归中） 2Fe³⁺ + Cu = 2Fe²⁺ + Cu²⁺（蚀刻铜板） 2Fe³⁺ + 2I⁻ = 2Fe²⁺ + I₂ 2Fe³⁺ + H₂S = 2Fe²⁺ + S↓ + 2H⁺ +3 → 0 ：Fe₂O₃ + 3CO —高温→ 2Fe + 3CO₂（高炉炼铁） 2Al + Fe₂O₃ —高温→ Al₂O₃ + 2Fe（铝热反应） 横向（价态不变 = 非氧化还原，多为复分解）： FeO + 2HCl = FeCl₂ + H₂O Fe₂O₃ + 6HCl = 2FeCl₃ + 3H₂O FeCl₂ + 2NaOH = Fe(OH)₂↓ + 2NaCl FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃↓ + 3NaCl Fe(OH)₂ + 2HCl = FeCl₂ + 2H₂O Fe(OH)₃ + 3HCl = FeCl₃ + 3H₂O 2Fe(OH)₃ —Δ→ Fe₂O₃ + 3H₂O（受热分解） 1.4 "铁三角"专属面板（Fe / Fe²⁺ / Fe³⁺ 三角形，随点击高亮对应边） ① Fe 只有还原性（最低价）；Fe³⁺ 主要表现氧化性（最高价）； ② Fe²⁺ 是中间价态，既有氧化性又有还原性，以还原性为主，容易被空气氧化； ③ 归中不交叉：2Fe³⁺ + Fe = 3Fe²⁺，产物只能是 Fe²⁺，不会出现 Fe 与 Fe³⁺ 共存； ④ 判断反应能否发生看"氧化性/还原性强弱"： 氧化性 Cl₂ > Fe³⁺ > Cu²⁺ > Fe²⁺ ；还原性 Fe > Cu > Fe²⁺ > Cl⁻。 1.5 错误操作与警示（本模块） ①【铁与盐酸生成 FeCl₃】把 Fe 直接连到 FeCl₃ 并标注"盐酸"： → 红字："错误！非氧化性酸（盐酸、稀硫酸）只能把铁氧化到 +2 价， 产物是 FeCl₂ 和 H₂；只有强氧化剂（Cl₂、Br₂、稀硝酸过量、浓硫酸加热）才能得到 Fe³⁺。" ②【铁与硫生成 Fe₂S₃】： → "错误！硫的氧化性较弱，Fe + S —Δ→ FeS（黑色），不存在 Fe₂S₃。 对照：2Fe + 3Cl₂ —点燃→ 2FeCl₃，说明 Cl₂ 氧化性强于 S。" ③【价态交叉】把 Fe 与 Fe³⁺ 连成"生成 Fe 和 Fe³⁺ 共存"： → "违背归中规律：Fe 与 Fe³⁺ 相遇必反应生成 Fe²⁺，二者在溶液中不能大量共存。" ④【Fe₃O₄ 判成 +8/3 价化合物类别错误】放到"盐"格： → "Fe₃O₄ 是氧化物不是盐；虽然可写成 FeO·Fe₂O₃，但它不是 FeO 与 Fe₂O₃ 的混合物。" ⑤【超时提示】60 s 未完成拼图出现"提示"按钮，高亮一个正确位置（不计错误、不扣分）。 ================================================================== 二、模块 2：铁单质的性质（四大反应实验台） ================================================================== 2.1 场景构成（Canvas 940×560） 左侧"药品与仪器架"（全部可拖拽）： 铁丝（细铁丝，已绕成螺旋状）｜ 铁粉 ｜ 铁钉 ｜ 火柴 ｜ 砂纸 集气瓶（充满 O₂）｜ 湿棉花＋还原铁粉的硬质玻璃管 ｜ 酒精灯 ｜ 酒精喷灯 试管架：稀盐酸 ｜ 稀硫酸 ｜ 浓硫酸(常温) ｜ 浓硝酸(常温) ｜ CuSO₄ 溶液 中央"操作台"：四个反应工位，拖入对应仪器/药品即启动该实验。 右侧"实时现象窗"：文字描述 + 温度/气体量小仪表。 2.2 实验 A：铁丝在氧气中燃烧（经典必考） 规范流程（必须按序，缺一步即扣分）： ① 拖"砂纸"到铁丝 → 打磨除去表面铁锈与氧化膜（提示：不打磨会阻碍燃烧）； ② 把铁丝绕成螺旋状（点击"绕螺旋"按钮）→ 增大受热面积、聚集热量； ③ 集气瓶底部拖入"少量水"或"细沙"（关键安全步骤）； ④ 铁丝下端系一根火柴，拖"酒精灯"点燃火柴； ⑤ 待火柴将要燃尽时，把铁丝自上而下缓慢伸入集气瓶（拖拽控制速度与深度）。 正确现象：剧烈燃烧、火星四射、放出大量热、生成黑色固体 Fe₃O₄。 方程式：3Fe + 2O₂ —点燃→ Fe₃O₄ 错误操作与后果（全部真实演算）： ①【瓶底未放水或细沙】→ 熔融物溅落 → 集气瓶炸裂动画 + 全屏红闪 + 抖动 + 强制弹窗： "高温熔融的 Fe₃O₄ 约 1500 ℃ 溅落到瓶底，玻璃因骤热炸裂，碎片与熔渣会造成 严重烫伤与割伤。铁丝在氧气中燃烧，必须在集气瓶底预先加入少量水或铺一层细沙。" 扣 25 分，计入严重误操作。 ②【未打磨铁丝】→ 铁丝表面氧化层阻燃，只见红热不燃烧 → 黄色警示，扣 5 分。 ③【火柴刚点燃就伸入】→ 火柴燃烧消耗大量 O₂，铁丝无法持续燃烧 → 实验失败，扣 8 分。 ④【伸入过快/直接插到瓶底】→ 局部氧气不足、火柴被水浇灭 → 失败提示，扣 5 分。 ⑤【在空气中点燃铁丝】（把铁丝拖到"空气"工位）→ 只发红不燃烧： "空气中 O₂ 体积分数仅约 21%，铁丝只能红热，不能燃烧。这也说明： 氧气浓度越大反应越剧烈。"扣 3 分。 ⑥【用坩埚钳夹铁丝伸入却手持瓶口】→ 提示规范持握姿势，扣 2 分。 2.3 实验 B：铁与水蒸气反应（装置与安全） 装置：湿棉花（提供水蒸气）→ 硬质玻璃管中的还原铁粉（酒精喷灯加热）→ 导管 → 肥皂液/收集。 规范流程： ① 检查装置气密性（点击"查气密性"）； ② 先加热湿棉花产生水蒸气，排尽装置内空气； ③ 再用酒精喷灯加热铁粉部位（拖拽喷灯到玻璃管下方）； ④ 收集气体并"验纯"（拖"点燃的木条"到肥皂泡，先小量试验）； ⑤ 实验结束：先把导管移出液面，再熄灭酒精灯（防倒吸）。 正确现象：肥皂泡上升、点燃发出爆鸣声、玻璃管中铁粉变为黑色磁性固体。 方程式：3Fe + 4H₂O(g) —高温→ Fe₃O₄ + 4H₂ 强调：与水蒸气反应产物是 Fe₃O₄ 不是 Fe₂O₃，也不生成 Fe(OH)₃；铁与冷水、热水都不反应。 错误操作与后果： ①【未验纯直接点燃收集的氢气】→ 爆炸动画 + 红闪 + 抖动 + 强制弹窗： "H₂ 与空气混合后遇明火会爆炸（爆炸极限 4%~75.6%）。点燃可燃性气体前必须验纯！" 扣 25 分，严重误操作。 ②【先熄灯后撤导管】→ 液体倒吸、玻璃管炸裂动画： "管内气体遇冷收缩，压强减小，液体倒吸进入灼热的玻璃管，导致炸裂。 顺序必须是：先撤导管，后熄灭酒精灯。"扣 20 分，严重误操作。 ③【用普通酒精灯加热铁粉】→ 温度不足，长时间无现象："此反应需高温，应使用酒精喷灯 并在铁粉处加网罩集中火焰。"扣 5 分。 ④【未先通水蒸气排空气】→ 装置内空气与 H₂ 混合，收集到的气体不纯，点燃有危险，扣 8 分。 2.4 实验 C：铁与酸（含钝化） 拖铁钉/铁粉到不同酸的试管中，逐一观察： · 稀盐酸：气泡逐渐产生、溶液由无色变浅绿色 —— Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑ · 稀硫酸：同上 —— Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂↑ · 常温浓硫酸：无明显现象（表面生成致密氧化膜）—— "钝化，属于化学变化" · 常温浓硝酸：无明显现象 —— 同为钝化；因此可用铁槽车运输冷的浓硫酸、浓硝酸 · 加热浓硫酸 + 铁（点击"加热"）：反应发生，生成 Fe₂(SO₄)₃ 与 SO₂（有毒，需尾气处理） · 稀硝酸少量（铁过量）：3Fe + 8HNO₃(稀) = 3Fe(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O → 得 Fe²⁺ · 稀硝酸过量：Fe + 4HNO₃(稀) = Fe(NO₃)₃ + NO↑ + 2H₂O → 得 Fe³⁺ 交互重点：拖动"硝酸用量"滑条，实时看溶液颜色在浅绿↔棕黄之间连续切换， 并显示 n(Fe) : n(HNO₃) 比值与产物判据（比值 ≥ 3/8 得 Fe²⁺，≤ 1/4 得 Fe³⁺）。 错误认知拦截： ①【认为钝化是"不反应"】→ 蓝色纠正提示："钝化不是不反应，而是迅速反应生成了 一层致密的氧化物保护膜阻止反应继续，属于化学变化。" ②【认为铁与稀硝酸放出 H₂】→ 红字："硝酸具有强氧化性，与金属反应不生成 H₂， 稀硝酸生成 NO，浓硝酸生成 NO₂。"扣 5 分。 ③【把浓硫酸倒入水？还是水倒入浓硫酸】（稀释小操作）→ 若选"水入酸"： 酸液飞溅动画 + 强制弹窗，扣 25 分。 2.5 实验 D：铁与盐溶液（置换 + 铁三角引子） · 铁钉插入 CuSO₄ 溶液：铁钉表面析出紫红色铜、溶液由蓝色变浅绿色 Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu（"湿法炼铜"，我国古代"曾青得铁则化为铜"） · 铁粉加入 FeCl₃ 溶液：铁粉溶解、棕黄色变浅绿色 2FeCl₃ + Fe = 3FeCl₂（工业上用于处理蚀刻废液） · 铁与 MgSO₄、AlCl₃：无现象（金属活动性 Mg、Al 强于 Fe） 错误操作： ①【把铁片放入 AgNO₃ 后写成 Fe + 3AgNO₃ = Fe(NO₃)₃ + 3Ag】： → "错误！铁与盐溶液的置换反应生成 +2 价亚铁：Fe + 2AgNO₃ = Fe(NO₃)₂ + 2Ag。" ================================================================== 三、模块 3：Fe²⁺ ⇌ Fe³⁺ 的相互转化（颜色实时演算 · 核心） ================================================================== 3.1 场景构成（Canvas 940×540） 中央一只 250 mL 烧杯，内含起始溶液（可切换 FeSO₄ / FeCl₃ / 混合液）。 左右两侧共 8 个可拖拽试剂瓶（拖到杯口上方倾斜即开始滴加，滴数随停留时间累积）： 氧化剂：氯水 ｜ H₂O₂(3%) ｜ 酸性 KMnO₄ ｜ 稀硝酸 还原剂：铁粉 ｜ 铜片 ｜ KI 溶液 ｜ 维生素 C（抗坏血酸） 杯中溶液颜色由 c(Fe²⁺)、c(Fe³⁺) 实时插值渲染： 浅绿 rgb(150,205,160) ←→ 棕黄 rgb(196,140,52)，中间为混合过渡色； 并有粒子动画：绿色 Fe²⁺ 小球 与 橙色 Fe³⁺ 小球在液体中游动，数量随浓度变化。 右侧"浓度条形图"：Fe²⁺ / Fe³⁺ 双柱实时增减，顶部显示转化率百分比。 3.2 正确交互与现象 · FeSO₄ 中滴氯水 → 浅绿逐渐变棕黄，绿球变橙球： 2Fe²⁺ + Cl₂ = 2Fe³⁺ + 2Cl⁻ · FeSO₄ 中滴 H₂O₂（酸性）→ 变棕黄并有微小气泡（H₂O₂ 分解）： 2Fe²⁺ + H₂O₂ + 2H⁺ = 2Fe³⁺ + 2H₂O（"绿色氧化剂"，产物只有水） · FeSO₄ 中滴酸性 KMnO₄ → 紫红色褪去，说明 Fe²⁺ 有还原性： 5Fe²⁺ + MnO₄⁻ + 8H⁺ = 5Fe³⁺ + Mn²⁺ + 4H₂O · FeCl₃ 中加铁粉 → 棕黄褪为浅绿、铁粉逐渐消失：2Fe³⁺ + Fe = 3Fe²⁺ · FeCl₃ 中加铜片 → 铜片溶解变薄、溶液变蓝绿（Cu²⁺ + Fe²⁺）： 2Fe³⁺ + Cu = 2Fe²⁺ + Cu²⁺（印刷电路板蚀刻原理，动画演示铜箔被刻蚀） · FeCl₃ 中滴 KI → 溶液变深棕（I₂），滴淀粉即变蓝：2Fe³⁺ + 2I⁻ = 2Fe²⁺ + I₂ · FeSO₄ 中加维生素 C → 抑制被氧化，浅绿保持时间明显延长（对应补铁剂知识）。 · 每完成一次转化，"铁三角"小图对应的边点亮，右侧知识卡片同步高亮。 3.3 "放置于空气中"计时器（隐藏彩蛋式教学） 滴加任何试剂后若 30 s 不操作 → FeSO₄ 溶液缓慢自动变黄： 4Fe²⁺ + O₂ + 4H⁺ = 4Fe³⁺ + 2H₂O 提示："亚铁盐溶液久置会被空气中的 O₂ 氧化。因此配制 FeSO₄ 溶液时要 ①加入少量铁屑防氧化；②加入相应的酸抑制水解；③现用现配。" 3.4 错误操作与警示（本模块） ①【向 FeSO₄ 中加入过量氯水后仍说"这是 Fe²⁺ 溶液"】→ 纠正提示，扣 3 分。 ②【用稀硝酸把 Fe³⁺ 还原】→ 红字："稀硝酸是氧化剂，不可能把 Fe³⁺ 还原； 它只会把 Fe²⁺ 氧化：3Fe²⁺ + 4H⁺ + NO₃⁻ = 3Fe³⁺ + NO↑ + 2H₂O。"扣 5 分。 ③【用铜片把 Fe²⁺ 氧化】→ "氧化性 Fe²⁺ > Cu²⁺ 不成立，Cu 不能氧化 Fe²⁺， 反应不会发生。"扣 3 分。 ④【向 FeCl₂ 中加入过量铁粉后直接过滤即得纯 FeCl₂——正确】（正例，加分提示）。 ⑤【氯水加过量】→ 溶液呈黄绿色并有刺激性气味： "氯水过量会引入 Cl₂ 杂质，也会干扰后续检验；除杂时要遵循『不引入新杂质』原则， 除去 FeCl₂ 中的 FeCl₃ 应加过量铁粉而不是加氯水。"扣 5 分。 ⑥【混合 KMnO₄ 与浓盐酸取乐】→ 生成 Cl₂ 黄绿色气体逸出 + 危险弹窗： "该组合会产生有毒的 Cl₂，实验室严禁随意混合试剂！"扣 20 分，严重误操作。 ================================================================== 四、模块 4：Fe²⁺ 与 Fe³⁺ 的检验（三试剂 + 顺序陷阱） ================================================================== 4.1 场景构成 试管架上有三支未知液：A（浅绿）、B（棕黄）、C（浅绿，实为 Fe²⁺ 中混有少量 Fe³⁺）。 试剂瓶（可拖拽）：KSCN 溶液 ｜ NaOH 溶液 ｜ K₃[Fe(CN)₆] 溶液 ｜ 氯水 ｜ 淀粉-KI 试纸。 每支试管配"检验记录卡"，需在完成检验后拖动结论标签（含 Fe²⁺ / 含 Fe³⁺ / 两者都有）配对。 4.2 三种检验方法与现象（动画逐帧渲染） ① KSCN 法（检 Fe³⁺，最灵敏） Fe³⁺ + 3SCN⁻ ⇌ Fe(SCN)₃（血红色） 现象：滴入即刻变血红色。Fe²⁺ 溶液滴 KSCN 无明显变化。 强调：Fe(SCN)₃ 是配合物，不是沉淀；反应可逆，颜色深浅与浓度有关。 ② NaOH 法（同时区分） Fe³⁺：立即生成红褐色沉淀 Fe³⁺ + 3OH⁻ = Fe(OH)₃↓ Fe²⁺：先生成白色絮状沉淀 Fe²⁺ + 2OH⁻ = Fe(OH)₂↓， 迅速变灰绿色，最终变红褐色 —— 4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃ （动画完整播放"白 → 灰绿 → 红褐"三段渐变，可拖时间轴回看） ③ K₃[Fe(CN)₆] 铁氰化钾法（专检 Fe²⁺） 现象：Fe²⁺ 产生蓝色沉淀（滕氏蓝），Fe³⁺ 无此现象。 ④ 观察法：浅绿色→可能含 Fe²⁺；棕黄色→可能含 Fe³⁺（只能初判，不能定论）。 4.3 检验顺序陷阱（本模块灵魂） 任务："证明某溶液中含有 Fe²⁺ 且不含 Fe³⁺"。 · 正确顺序：先滴 KSCN（不变红 → 说明无 Fe³⁺），再滴氯水（变红 → 说明原有 Fe²⁺ 被氧化）。 完成后播放绿色成功弹窗与推理链动画。 · 错误顺序：先滴氯水，再滴 KSCN → 变血红。 → 红色警示："逻辑错误！氯水会把 Fe²⁺ 氧化成 Fe³⁺， 此时变红无法说明原溶液中『本来就有』Fe³⁺，检验失去意义。 记住：检验 Fe²⁺ 时，必须『先 KSCN 排除 Fe³⁺，后加氧化剂』。"扣 10 分。 · 用新制氯水以外的氧化剂（H₂O₂）同样可行，程序会给予认可。 4.4 其他错误操作与警示 ①【胶头滴管伸入试管内壁接触液面】→ 污染试剂："胶头滴管应垂直悬空于试管口上方约 0.5 cm 处，不能伸入、不能接触管壁，用后不得平放或倒置。"扣 5 分。 ②【用同一支滴管取多种试剂未洗涤】→ 交叉污染，后续现象全部判为"无效"，扣 8 分。 ③【用手直接接触/闻试剂】→ 提示扇闻法与洗手规范，扣 5 分。 ④【用 KSCN 检验 Fe²⁺】→ "KSCN 只能检验 Fe³⁺，对 Fe²⁺ 无显色反应。"扣 3 分。 ⑤【把 KSCN 说成"生成血红色沉淀"】→ 概念纠正卡片弹出。 ⑥【检验完成后含铁废液直接倒入水槽】→ 黄色警示："重金属废液必须倒入指定废液缸， 不得排入下水道，避免污染水体。"扣 8 分。 ================================================================== 五、模块 5：Fe(OH)₂ 的制备（隔绝氧气的四道防线） ================================================================== 5.1 场景构成（Canvas 940×560） 左：FeSO₄ 溶液试管；右：NaOH 溶液滴瓶（长胶头滴管，可拖拽）。 四个可开关的实验变量（开关面板）： ① 蒸馏水是否煮沸（除去溶解氧） ② NaOH 溶液是否煮沸并冷却 ③ 滴管尖端是否插入液面以下 ④ 液面上是否加一层植物油（或苯）液封 另有拓展装置按钮："改用铁作阳极的电解法/双联管法"演示（观看型动画）。 5.2 现象演算（四个变量共 16 种组合，结果按"隔氧程度"连续渲染） · 四项全做对 → 生成白色絮状沉淀并可保持约 8–10 s（动画放慢展示纯白色）， 随后仍缓慢变灰绿 → 红褐（真实实验也难以长期保持，程序如实呈现并说明原因）。 Fe²⁺ + 2OH⁻ = Fe(OH)₂↓（白色） 4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃（红褐色） · 少做一项 → 白色仅"一闪而过"（约 1–2 s）即变灰绿； · 滴管在液面上方滴加 → 几乎看不到白色，直接呈灰绿并很快变红褐。 · 变色过程支持"时间轴拖拽"回放，可逐帧对照颜色。 5.3 关键讲解（随操作弹出的知识卡片） ① 为什么白色难以观察：Fe(OH)₂ 还原性极强，极易被溶解氧氧化； ② 煮沸蒸馏水与 NaOH 溶液：除去溶解的 O₂； ③ 滴管插入液面下：避免滴落过程接触空气、减少液面扰动； ④ 液封（植物油/苯/煤油）：隔绝空气继续溶氧； ⑤ FeSO₄ 溶液要新配，并可加少量铁屑； ⑥ 现象记忆口诀："白色絮状转灰绿，最终红褐定乾坤"。 5.4 错误操作与警示 ①【滴管在液面上方高处滴加】→ 白色几乎不可见 + 黄色警示，扣 5 分。 ②【用久置的 FeSO₄ 溶液】→ 一开始就出现红褐色浑浊： "久置亚铁盐已被氧化，溶液中含 Fe³⁺，必须现用现配。"扣 5 分。 ③【用敞口烧杯剧烈搅拌】→ 迅速变红褐："搅拌会引入大量空气，适得其反。"扣 5 分。 ④【用苯液封后靠近明火】→ 苯蒸气被点燃动画 + 危险弹窗： "苯是易燃且有毒的有机溶剂，附近严禁明火，应在通风橱中操作。"扣 20 分，严重误操作。 ⑤【加热试管口朝向他人】→ 通用安全提示，扣 8 分。 ================================================================== 六、模块 6：铁的氧化物 · Fe(OH)₃ 胶体 · 生活应用 ================================================================== 6.1 三种氧化物对比台（点击切换，Canvas 展示实物质感与磁铁吸引动画） ┌─────────┬──────┬─────────┬──────┬────────────────────┐ │ 物质 │ 颜色 │ 铁的价态 │ 磁性 │ 与盐酸反应产物 │ ├─────────┼──────┼─────────┼──────┼────────────────────┤ │ FeO │ 黑色 │ +2 │ 无 │ FeCl₂ │ │ Fe₂O₃ │ 红棕 │ +3 │ 无 │ FeCl₃（俗称铁红/赭石）│ │ Fe₃O₄ │ 黑色 │ +2,+3 │ 有 │ FeCl₂ + FeCl₃（1:2） │ └─────────┴──────┴─────────┴──────┴────────────────────┘ 交互：拖"磁铁"靠近三种粉末，只有 Fe₃O₄ 被吸起（磁性铁矿石）； 拖"稀盐酸"滴入，实时显示所得溶液颜色（浅绿 / 棕黄 / 黄绿混合）。 补充：FeO 不稳定，在空气中受热迅速被氧化；Fe₂O₃ 用作红色油漆颜料与炼铁原料。 6.2 Fe(OH)₃ 胶体的制备（与第 4 章胶体呼应） 规范操作：向沸腾的蒸馏水中逐滴加入饱和 FeCl₃ 溶液， 继续煮沸至液体呈红褐色，停止加热。 FeCl₃ + 3H₂O —Δ→ Fe(OH)₃(胶体) + 3HCl 交互：拖动"滴加速度"与"加热时间"，正确时得到清澈红褐色胶体， 随后可拖"激光笔"照射看丁达尔效应光路。 错误操作： ①【长时间持续煮沸/过度加热】→ 胶体聚沉成红褐色沉淀： "胶体不稳定，加热、加电解质、搅拌都会导致聚沉。得到胶体后须立即停止加热。"扣 5 分。 ②【加入 NaOH 溶液制"胶体"】→ 直接得红褐色沉淀： "加碱得到的是 Fe(OH)₃ 沉淀，不是胶体，两者本质区别是分散质粒子直径 （胶体 1~100 nm，浊液 >100 nm）。"扣 5 分。 ③【用自来水代替蒸馏水】→ 电解质使胶体聚沉，扣 3 分。 ④【用玻璃棒搅拌】→ 聚沉，扣 3 分。 6.3 铁盐净水与污水处理 演示：向浑浊水样中加入 FeCl₃ → Fe³⁺ 水解生成 Fe(OH)₃ 胶体 → 胶体表面积大、带正电，吸附悬浮颗粒 → 沉降变清（动画呈现絮凝过程）。 拓展：明矾（KAl(SO₄)₂·12H₂O）同理；高铁酸钾 K₂FeO₄ 兼具强氧化杀菌与吸附净水双功能。 6.4 铁的锈蚀与防护（时间轴动画） · 拖动"湿度"和"含盐量"滑条，观察铁钉在 30 天内生锈速率的差异； · 铁生锈条件：与 O₂ 和 H₂O 同时接触（对比实验：干燥空气 / 蒸馏水煮沸密封 / 潮湿空气）； · 铁锈主要成分 Fe₂O₃·xH₂O，疏松多孔不能保护内部（对照铝的致密氧化膜）； · 防护方法：涂油漆/镀锌（白铁）/镀锡（马口铁）/制成不锈钢/牺牲阳极保护。 6.5 生活中的铁（知识卡） · 补铁剂中多为 Fe²⁺（如硫酸亚铁、琥珀酸亚铁），常与维生素 C 同服 —— VC 有还原性， 防止 Fe²⁺ 被氧化为 Fe³⁺（人体主要吸收 Fe²⁺）； · 血红蛋白中的铁为 +2 价； · 蓝黑墨水利用 Fe²⁺ 与鞣酸生成的物质在纸上被氧化而长期保存； · 高炉炼铁：Fe₂O₃ + 3CO —高温→ 2Fe + 3CO₂； · 铝热反应焊接钢轨：2Al + Fe₂O₃ —高温→ Al₂O₃ + 2Fe。 ================================================================== 七、模块 7：离子共存 · 除杂流程 · 综合闯关 ================================================================== 7.1 离子共存判断（拖拽分拣） 给出 10 组离子组合卡片，拖到"能大量共存"或"不能共存"两个筐中，判错立刻给出原因： · Fe²⁺ 与 MnO₄⁻(H⁺)、NO₃⁻(H⁺)、ClO⁻、H₂O₂ → 氧化还原，不共存； · Fe²⁺ 与 OH⁻、CO₃²⁻ → 生成沉淀，不共存； · Fe³⁺ 与 I⁻、S²⁻、SO₃²⁻ → 氧化还原，不共存； · Fe³⁺ 与 SCN⁻ → 生成血红色配合物，不共存； · Fe³⁺ 与 OH⁻、HCO₃⁻、AlO₂⁻ → 沉淀或双水解，不共存； · Fe³⁺ 与 Cl⁻、SO₄²⁻、NO₃⁻、H⁺ → 可以共存（酸性条件下）； · Fe²⁺ 与 Cl⁻、SO₄²⁻、H⁺ → 可以共存。 另设"颜色陷阱"：题干若要求"无色溶液"，则 Fe²⁺（浅绿）、Fe³⁺（棕黄）本身即被排除。 7.2 除杂流程拖拽排序（3 组） ① 除去 FeCl₂ 溶液中的 FeCl₃ → 加过量铁粉 → 充分反应 → 过滤（不能加氨水/NaOH）； ② 除去 FeCl₃ 溶液中的 FeCl₂ → 通入适量 Cl₂（或加适量氯水/H₂O₂）； ③ 由 FeCl₃ 溶液制无水 FeCl₃ 固体 → 在 HCl 气流中蒸发浓缩结晶 （直接加热蒸干会因水解得到 Fe(OH)₃ → 灼烧后为 Fe₂O₃）。 错序或选错试剂即弹出原理解析。 7.3 综合自测（14 题，单选，答后立即解析，可重做） 覆盖：价态与类别判断、铁三角转化、检验与顺序、Fe(OH)₂ 制备条件、 氧化物性质、离子共存、除杂、方程式书写正误、实验安全、生活应用。 完成后给出成绩单：正确率、耗时、安全分、错误档案（与全局误操作记录合并）。 7.4 通关结算 · 七个模块的关键实验全部完成 + 自测正确率 ≥ 80% + 安全分 ≥ 80 → 绿色"通关"弹窗， 输出"铁的多样性"知识总图（价类二维图 + 铁三角 + 检验方法三合一）。 · 若安全分不足，弹窗改为红色"实验资格复训"，列出全部误操作与正确做法。 ================================================================== 八、底部知识卡片区（16 张，随操作自动高亮） ================================================================== K01 铁在地壳中含量居第四位（O、Si、Al、Fe），自然界中主要以化合态存在 K02 铁的常见价态：0、+2、+3，无 +1、+4 等；Fe₃O₄ 为混合价氧化物 K03 3Fe + 2O₂ —点燃→ Fe₃O₄（火星四射、瓶底放水或细沙） K04 3Fe + 4H₂O(g) —高温→ Fe₃O₄ + 4H₂（铁与冷水、热水不反应） K05 2Fe + 3Cl₂ —点燃→ 2FeCl₃；Fe + S —Δ→ FeS（氧化剂强弱决定产物价态） K06 常温下浓硫酸、浓硝酸使铁钝化，可用铁制容器盛装 K07 Fe²⁺ 浅绿色，Fe³⁺ 棕黄色，Fe(SCN)₃ 血红色，Fe(OH)₃ 红褐色 K08 检验 Fe³⁺：滴 KSCN 变血红；检验 Fe²⁺：先 KSCN 不变红，再加氯水变红 K09 Fe(OH)₂ 白色 → 灰绿 → 红褐：4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃ K10 铁三角：Fe ⇌ Fe²⁺ ⇌ Fe³⁺；2Fe³⁺ + Fe = 3Fe²⁺（归中不交叉） K11 氧化性 Cl₂ > Fe³⁺ > Cu²⁺ > Fe²⁺；还原性 Fe > Cu > Fe²⁺ K12 FeO 黑、Fe₂O₃ 红棕（铁红）、Fe₃O₄ 黑且有磁性 K13 Fe(OH)₃ 胶体：饱和 FeCl₃ 滴入沸水，煮沸至红褐即停；有丁达尔效应 K14 保存 FeSO₄ 溶液：加少量铁屑防氧化，加相应酸抑制水解，现用现配 K15 铁生锈需 O₂ 与 H₂O 同时存在；铁锈疏松，不能保护内层 K16 补铁剂为 Fe²⁺，与维生素 C 同服可防止其被氧化 ================================================================== 九、误操作分值总表（全局） ================================================================== 严重（20~25 分，触发红闪 + 抖动 + 强制弹窗）： · 铁丝燃烧未在瓶底放水/细沙 → 集气瓶炸裂 −25 · 氢气未验纯直接点燃 → 爆炸 −25 · 先熄灯后撤导管 → 倒吸炸管 −20 · 稀释浓硫酸时"水入酸" → 液滴飞溅 −25 · 苯液封后靠近明火 → 有机溶剂着火 −20 · 随意混合 KMnO₄ 与浓盐酸 → 释放 Cl₂ −20 中等（8~10 分）： · 检验顺序颠倒（先氯水后 KSCN） −10 · 未先通水蒸气排空气 −8 · 火柴刚点燃即伸入集气瓶 −8 · 滴管交叉污染未洗涤 −8 · 含铁废液倒入下水道 −8 · 加热时试管口朝向他人 −8 轻微（2~5 分）： · 铁丝未打磨、伸入过快、误判钝化、氯水过量、 胶体操作不当、KSCN 检验 Fe²⁺、方程式价态判断错误等 −2~−5 说明：所有扣分均附"正确做法"说明；点击"错误回放"可逐条复看。 ================================================================== 十、技术实现要点 ================================================================== · 单文件、零依赖、离线可用；总体 UI 与 01~05 号动画保持一致的暗色实验室风格。 · 拖拽统一走 pointerdown / pointermove / pointerup，canvas 设置 touch-action:none， 坐标经 getBoundingClientRect 归一化，兼容缩放与移动端。 · 每个模块一个对象（MOD.m1 ~ MOD.m7），含 init / draw / drag / reset， 只有当前激活模块参与 requestAnimationFrame 主循环，保证性能。 · 颜色过渡使用 RGB 线性插值 + smoothstep，模拟真实溶液渐变； 沉淀、气泡、火星、烟雾均用轻量粒子系统（对象池，上限 400）。 · 所有化学式采用 Unicode 下标字符（₂₃₄ 等）与上标（⁺ ²⁺ ³⁺），无需 MathJax。 · 提示分四级（info / ok / warn / error），危险操作附加 shake + flash + modal。 · 全局重置按钮可一键复位所有模块与安全分。 $